高温堆-先进反应堆解析

高 温 气 冷 堆 － 设计 概念 的提出
1944 / USA
Daniels‘
SECRET REPORT
on an
HTR PEBBLE PILE
高 温 气 冷 堆-关 键 技 术 的 突 破
1960 / UK HUDDLE PATENT:
TRISO COATED PARTICLE
TRISO 燃 料 元 件
桃花谷（Peach Bottom）－美国
1967年建成并运 行了电功率为 40MW的桃花谷 （Peach Bottom） 实验高温气冷堆 核电厂， 1974年10月按计 划完成了试验任 务后停堆退役
U.S. - Peach Bottom - 1967 to 1974 – This prototype helium reactor achieved a remarkable 86% availability during the electricity production phase.
第七章 高温堆（HTR)
一、高温堆简介 二、中国高温堆 三、日本高温堆 四、其它高温堆
一、高温堆简介
1、基本特点 2、应用前景 3、高温堆发展简史
1、基本特点
氦气作冷却剂 石墨作慢化材料 包覆颗粒燃料+石墨 球形（或柱状）燃料元 件 全陶瓷的堆芯结构材料 连续装卸燃料的方式 无应急冷却系统 模块化建造
堆芯 表面冷却系统
烟囱 空冷器 水箱
腔室混凝土
1、基本特点（c）
非能动余热排出 阻止放射性释放的多重屏障 在任何运行和事故情况下都是安全的 无需设应急冷却系统 无需设通常意义的安全壳 便于运行和维护 氦气不吸收中子，无感生放射性，无腐 蚀产物的活化，放射性剂量低。
1、基本特点（c）
燃料经济性好 全陶瓷堆芯中子吸收少，燃料转换比高， 燃耗深，能使用不同的燃料和多种燃料循环。 高放废物量少 由于利用率高，乏燃料中锕系核素仅为压 水堆的60－80％。 模块式高温堆固有安全性更明显 可建在工厂附近。
不易破损
核心
耐高温
包覆颗粒
燃料元件
3、高温堆发展简史-四个阶段
（3）高温气冷堆（HTGR）
英国1960年建造20MWth试验堆“龙堆”（Dragon）。 美国1967年建成40MWe桃花谷（Peach Bottom）实验堆。 德国1967年建成15MWe的球床高温气冷堆（AVR），并 发展了具有自己特色的球形燃料元件和球床高温堆。
3、高温堆发展简史-四个阶段
（1）早期气冷堆（Magnox）
石墨为慢化剂，CO2气体为冷却剂，金属天然 铀为燃料，镁诺克斯(Magnox）合金为燃料棒 的包壳材料。
1956年英国建成50MWe气冷堆电站，商用化。 70年代初期，在英、法、意、日和西班牙等
国建造36座，总装机容量达到8.2 GW（电）
AVR －德国
1967年建成了电功率为 15MW的球床实验高温气 冷堆核电厂（AVR） 1974年将该堆的一回路 氦气温度提高到950℃， 成为世界上运行温度最 高的核堆， 1988年退役。 一体化布置，蒸发器在 堆芯上方。
Germany -- The AVR-15MWe in Jülich during 1966 to 1988 – operation This prototype helium reactor operated successfully for over 20 years and provided demonstration of 950℃ gas outlet temp. and key safety features, including safe shutdown with total loss of coolant circulation and without control rod insertion.
1、基本特点（c）
发电效率高，蒸汽循环40%左右，氦气循 环48%左右。 模块式高温堆建造周期可缩短到2-3年， 并可降低建造成本和电价：1500美元/千 瓦，3.3美分/度。 大型堆发展停滞，经济性有待证明 模块堆发展有前景 日、中、南非、美、俄。
2、应用前景
高温堆安全、经济好，广泛用途 高温堆出口温度950℃，是现有各类反应堆 中温度最高的堆型，使用氦气透平直接发电， 效率可达43-47%，比普通核电站高. 开采稠油和炼制石油，生产各类化工产品， 使煤气化、液化，制造洁净的燃料氢气、甲 醇等等
England - Dragon -1964 to 1976 – This helium-cooled test reactor provided early successful demonstration of the high temp. gas-cooled reactor and water-particle fuel.
3、高温堆发展简史-四个阶段
（3）高温气冷堆（HTGR）
高温气冷堆是改进型气冷堆的进一步发展。 由于CO2气体与元件包壳材料不锈钢化学相容性的限制，
改进型气冷堆出口CO2温度也受限制，不能超过690℃ 高温气冷堆采用化学惰性和热工性能好的氦气为冷却
剂，以全陶瓷型包覆颗粒为燃料元件，用耐高温的石 墨作为慢化剂和堆芯结构材料，使堆芯出口氦气温度 可达到950℃甚至更高。
1、基本特点（c）
Baidu Nhomakorabea
具有“固有安全性”：
堆芯温度负反应性系数大；在任 何情况下能自动停堆。
堆芯功率密度低（5－10 kW/L), 热容量大，有很高的热稳定性。 但堆芯相对大。
堆芯全陶瓷材料，耐高温在失
去氦气冷却剂时，余热可靠导热、 辐射及自然对流排出。使燃料 元件温度不超过1600C的限值。 因此它在任何运行和事故情况 下不会发生严重事故。
这三座实验堆的成功运行，证明了高温气冷堆在技术上 是可行的。
龙堆（Dragon） －英国
从1956年起开始研究发 展高温气冷堆技术， 1962年与西欧共同体合 作开始建造热工率为 20MW的高温气冷实验 堆—龙堆（Dragon） 1964年8月首次临界， 1966年4月达到满功率 运行。 1976年完成了原先制定 的运行和试验计划。
3、高温堆发展简史-四个阶段
（2）改进型气冷堆（AGR）
包壳：镁诺克斯 不锈钢,燃料：天然
CO2 温度400℃
670℃。
1963年英国建造32MWe原型堆，
2%铀，
1976-1988年，运行的AGR共有14座，8.9GW。 尽管AGR在性能上比Magnox堆有了很大改进，但由
于受到CO2与不锈钢元件包壳材料化学相容性的限制 (690 ℃ )，使出口温度难以进一步提高，再加上功率 密度低、燃耗低的限制，使其仍难以和压水堆在经济 上竞争 。